తలతన్యత

మీరు ఎప్పుడైనా సబ్బు బుడగలతో ఆడుకున్నారా? సబ్బు బుడగలు గుండ్రంగా ఉంటాయి. సరదాగా ఉంటాయి. వాటిని ఊదవచ్చు. గాలిలో ఎగిరిన తర్వాత, సబ్బు బుడగలు పగిలిపోతాయి. వావ్, ఎంత సరదాగా ఉంటుందో, అదొక చిన్ననాటి ఆట. సబ్బు బుడగలు గుండ్రంగా ఎందుకు ఉంటాయి?

దయచేసి ఉదయం నిద్రలేచి, ఇంటి చుట్టూ ఉన్న ఆకులను గమనించండి. ఆకులకు అంటుకుని ఉన్న మంచు బిందువులను చూడండి. వింతగా ఉంది; మంచు బిందువులు గుండ్రంగా ఉంటాయి. అదెలా సాధ్యం?

ద్రవం యొక్క ఉపరితలం బిగుసుకుపోయి, ఒక పలుచని పొరలా కనిపించడం వల్ల తలతన్యత ఏర్పడుతుంది. నీటి అణువుల మధ్య ఉండే సంసంజన బలం దీనిపై ప్రభావం చూపుతుంది. ఈ వివరణను మరింత బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి, కింది చిత్రాన్ని పరిశీలించండి. ఒక పాత్రలోని ద్రవాన్ని పరిశీలిద్దాం.

ద్రవం లోపల, ప్రతి ద్రవ అణువుకు ఇరువైపులా ఇతర అణువులు ఆవరించి ఉంటాయి; కానీ ద్రవం యొక్క ఉపరితలంపై, కింద కేవలం ద్రవ అణువులు మాత్రమే ఉంటాయి. పైన, ఇతర ద్రవ అణువులు ఉండవు. ద్రవ అణువులు ఒకదానికొకటి ఆకర్షించుకోవడం వలన, ద్రవం లోపల ఉన్న అణువుపై మొత్తం బలం శూన్యంగా ఉంటుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, ఉపరితలంపై ఉన్న ద్రవ అణువులు అడుగున ఉన్న ద్రవ కణాలచే లాగబడతాయి. ఫలితంగా, ద్రవం యొక్క ఉపరితలంపై, మొత్తం బలం క్రిందికి దిశానిర్దేశం చేయబడుతుంది. క్రిందికి ఉండే నికర బలం కారణంగా, ఉపరితలంపై ఉన్న ద్రవం సాధ్యమైనంత గట్టిగా సంకోచించడం ద్వారా దాని ఉపరితల వైశాల్యాన్ని తగ్గించుకోవడానికి ప్రయత్నిస్తుంది.

దీనివల్ల ఉపరితలంపై ఉన్న ద్రవ పొర, ఒక పలుచని స్థితిస్థాపక పొరతో కప్పబడినట్లుగా కనిపిస్తుంది. ఈ దృగ్విషయాన్ని తలతన్యత అంటారు.

[irp]

క్లిప్‌ను నీటి ఉపరితలంపై జాగ్రత్తగా ఉంచినప్పుడు, ఉపరితలంపై ఉన్న నీటి అణువులు క్లిప్ యొక్క గురుత్వాకర్షణ శక్తి వల్ల కొద్దిగా నొక్కబడతాయి, తద్వారా కింద ఉన్న నీటి అణువులు క్లిప్‌కు మద్దతుగా పునరుద్ధరణ శక్తిని అందిస్తాయి.

వాస్తవానికి, కేవలం క్లిప్పులు లేదా పేపర్ క్లిప్పులు మాత్రమే కాదు, సూదుల వంటి ఇతర వస్తువులు కూడా ఉంటాయి. మనం సూదిని నీటి ఉపరితలంపై జాగ్రత్తగా ఉంచితే, ఆ సూది తేలుతుంది. కీటకాలు నీటిపై తేలడానికి ద్రవం యొక్క తలతన్యత కూడా ఒక కారణం.

ఉపరితల తన్యత సమీకరణం

గత చర్చలో, మనం తలతన్యత భావనను గుణాత్మకంగా అధ్యయనం చేసాము (దీనికి గణిత సమీకరణం లేదు). ఇప్పుడు మనం తలతన్యతను పరిమాణాత్మకంగా సమీక్షిద్దాం. తలతన్యత సమీకరణాన్ని రాబట్టడానికి, 'U' అక్షరం ఆకారంలో వంచిన ఒక తీగను పరిశీలిద్దాం. ఆ 'U' తీగ యొక్క రెండు కాళ్ళకు మరొక నిటారు తీగను జతచేయబడింది, ఈ నిటారు తీగను కదపవచ్చు.

ఈ తీగను సబ్బులో ఉంచినట్లయితే, దానిని బయటకు తీసిన తర్వాత తీగ ఉపరితలంపై సబ్బు నీటి పొర ఏర్పడుతుంది. ఇది మీరు సబ్బు బుడగలతో ఆడుకున్నట్లు ఉంటుంది. నిటారుగా ఉన్న తీగను కదిలించవచ్చు మరియు దాని ద్రవ్యరాశి మరీ పెద్దది కానందున, సబ్బు నీటి పొర ఆ తీగపై తలతన్యత బలాన్ని ప్రయోగిస్తుంది, తద్వారా తీగ నిటారుగా పైకి వెళ్తుంది. నిటారుగా ఉన్న తీగ కదలకుండా ఉంచడానికి (తీగ సమతాస్థితిలో ఉండటానికి), మొత్తం క్రిందికి పనిచేసే బలం అవసరం, ఇక్కడ మొత్తం బలం F = w + T. సమతాస్థితిలో, F = నిటారుగా ఉన్న తీగపై సబ్బు పొర ద్వారా కలిగే తలతన్యత బలం.

ఒక సరళ తీగ పొడవు l అనుకుందాం. ఆ సరళ తీగను తాకే సబ్బు నీటి పొరకు రెండు ఉపరితలాలు ఉన్నందున, సబ్బు నీటి పొర ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే తలతన్యత బలం 2l పొడవునా పనిచేస్తుంది. సబ్బు పొరలోని తలతన్యత అనేది తలతన్యత బలం (F) మరియు ఆ బలం పనిచేసే ఉపరితల పొడవు (d) మధ్య పోలిక. ఈ సందర్భంలో, ఉపరితల పొడవు 2l. గణితశాస్త్రపరంగా, ఇలా వ్రాస్తారు:

తలతన్యత అనేది తలతన్యత బలానికి మరియు పొడవుకు మధ్య గల నిష్పత్తి కాబట్టి, తలతన్యత యొక్క ప్రమాణం న్యూటన్ ప్రతి మీటరు (N / m) లేదా డైన్ ప్రతి సెంటీమీటరు (dynes/cm) గా ఉంటుంది.

ప్రయోగాల ఆధారంగా పొందిన కొన్ని తలతన్యత విలువలు ఈ క్రింది విధంగా ఉన్నాయి.

ఉపరితల తన్యత సమాచారం ప్రకారం, ఉష్ణోగ్రత ద్రవ ఉపరితల తన్యత విలువను ప్రభావితం చేస్తుంది. సాధారణంగా ఉష్ణోగ్రత పెరిగినప్పుడు, ఉపరితల తన్యత విలువ తగ్గుతుంది (ప్రతి ఉష్ణోగ్రత వద్ద నీటి ఉపరితల తన్యతను పోల్చండి. పట్టికను చూడండి). దీనికి కారణం, ఉష్ణోగ్రత పెరిగినప్పుడు ద్రవ అణువులు వేగంగా కదులుతాయి, దీనివల్ల ద్రవ అణువుల మధ్య పరస్పర చర్య ప్రభావం తగ్గుతుంది. ఫలితంగా ఉపరితల తన్యత విలువ కూడా తగ్గుతుంది.

రోజువారీ జీవితంలో ఉపరితల తన్యత భావనల అనువర్తనం

మనం బట్టలను సబ్బుతో ఎందుకు ఉతకాలి అని మీరు ఎప్పుడైనా ఆలోచించారా? సమస్య ఏమిటంటే, మనం ఉతికే బట్టలు చాలా శుభ్రంగా ఉంటాయి; బట్టల దారాలలోని చాలా సన్నని సందుల గుండా నీరు ప్రవహించాలి. ఈ కారణంగా, నీటి ఉపరితల వైశాల్యాన్ని పెంచడం అవసరం. అయితే, తలతన్యత కారణంగా ఇది చేయడం చాలా కష్టం. అనివార్యంగా, ముందుగా తలతన్యత విలువను తగ్గించాల్సి ఉంటుంది. మనం వేడి నీటిని ఉపయోగించడం ద్వారా తలతన్యతను తగ్గించవచ్చు. నీటి ఉష్ణోగ్రత ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే అంత మంచిది, ఎందుకంటే నీటి ఉష్ణోగ్రత పెరిగే కొద్దీ తలతన్యత తగ్గుతుంది (పట్టికను చూడండి). ఇది మొదటి ప్రత్యామ్నాయం మరియు అరుదుగా ఉపయోగించే పద్ధతి. మరొక మార్గం సబ్బును ఉపయోగించడం.

^{20 °} C ఉష్ణోగ్రత వద్ద , సబ్బు నీటి ఉపరితల తన్యత విలువ 25.00 mN/m. సబ్బు మరియు వేడి నీటి మధ్య పోల్చి చూస్తే, దేనికి అతి తక్కువ ఉపరితల తన్యత విలువ ఉంటుంది? 100 ^° C వద్ద, వేడి నీటి ఉపరితల తన్యత విలువ = 58.90. 20 ^° C ఉష్ణోగ్రత వద్ద, సబ్బు ఉపరితల తన్యత విలువ 25.00 mN/m. సబ్బును ఉపయోగించడం మరింత లాభదాయకం. పైన వివరించినది ప్రభావితం చేసే కారకాలలో ఒకటి మాత్రమేనా?

సబ్బు లేదా నీటి బుడగ ఎందుకు గుండ్రంగా ఉంటుంది?

సబ్బు బుడగలు లేదా నీటి బిందువులు తలతన్యత ప్రభావానికి లోనవడం వల్ల గుండ్రంగా ఉంటాయి. ముందుగా, మనం సబ్బు బుడగల గురించి చర్చిద్దాం. సబ్బు బుడగల ఉపరితలంపై రెండు పలుచని పొరలు ఉంటాయి మరియు వాటి మధ్య పలుచని నీటి పొరలు ఉంటాయి.

ఉపరితల తన్యత ఉండటం వల్ల పొర సంకోచించి, దాని ఉపరితల వైశాల్యాన్ని తగ్గించుకోవడానికి ప్రయత్నిస్తుంది. సబ్బు నీటి పొర సంకోచించి, దాని ఉపరితల వైశాల్యాన్ని తగ్గించుకోవడానికి ప్రయత్నించినప్పుడు, పొర వెలుపల ఉన్న గాలి పీడనానికి (వాతావరణ పీడనం) మరియు పొర లోపల ఉన్న గాలి పీడనానికి మధ్య వ్యత్యాసం ఉంటుంది. పొర లోపల గాలి పీడనం తక్కువగా ఉండటం వల్ల, పొర సంకోచిస్తున్నప్పుడు బయట ఉన్న గాలి పీడనం (వాతావరణ పీడనం) కూడా సబ్బు నీటి పొరను నెడుతుంది.

పొర సంకోచించిన తర్వాత, లోపల ఉన్న గాలి (రెండు పొరల మధ్య చిక్కుకున్న గాలి) అణచివేయబడుతుంది, దీనివల్ల సంకోచం ఆగిపోయే వరకు పొర లోపల గాలి పీడనం పెరుగుతుంది. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ఇకపై సంకోచం లేనప్పుడు, పొరల మధ్య ఉండే గాలి పీడనం, వాతావరణ పీడనం మరియు పొరను ముడతలు పెట్టే తలతన్యత బలం యొక్క మొత్తానికి సమానంగా ఉంటుంది.

మరి కుళాయి నుండి వచ్చే మంచు బిందువులు లేదా నీటి చుక్కల సంగతేంటి? వాటి విషయంలోనూ అదే జరుగుతుంది, ఎందుకంటే దీనికి ప్రధాన కారణం తలతన్యత. సబ్బు బుడగలకు రెండు ఉపరితలాలపై రెండు పలుచని పొరలు ఉన్నట్లే, నీటి బిందువులకు కేవలం ఒకే పలుచని పొర ఉంటుంది, అది నీటి బిందువుల బయటి వైపున ఉంటుంది. లోపలంతా నీటితో నిండి ఉంటుంది. సంసంజన బలం కారణంగా తలతన్యత ఏర్పడుతుంది. నీటి బిందువు యొక్క బయటి భాగం లోపలికి లాగబడుతుంది. ఫలితంగా, నీరు సంకోచించి, దాని ఉపరితల వైశాల్యాన్ని తగ్గించుకోవడానికి ప్రయత్నిస్తుంది. బయట ఉండే వాతావరణ పీడనం కూడా నీటి బిందువులను అణచివేస్తుంది. నీటి లోపలి పీడనం, వాతావరణ పీడనం మరియు నీటి పొరను సంకోచింపజేసే తలతన్యత బలానికి సమానమైనప్పుడు ఈ సంకోచం ఆగిపోతుంది.